预制装配式建筑结构施工技术现状与问题研究

席金虎

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080；2. 上海建筑逆作法工程技术研究中心 上海 200080

建筑工业化的提出，主要是由于我国现有建筑的高耗能问题，节能相对落后，节能空间大。同时，市场渴望大量优质建筑，以满足日益增长的改善居住品质的需求以及确保高质量的要求。近年来，随着中国房地产行业的快速发展，工业化的建设更环保、高效快捷，正在被越来越多的企业所采用。大量企业也作了尝试，并取得了一定的成果。

然而，由于种种原因，中国的建筑产业化发展过程缓慢，不完善的相关标准也已成为大多数企业的发展瓶颈。上海市正加速推进建筑工业化发展，大力推进绿色节能建筑，保障新公共租赁住房和外环线一体化住宅的实施。单体结构的预制率为40%以上，目前全国推广已经进入快车道，加快推进了装配式建筑的发展。

1 预制装配式建筑概述

预制装配式建筑也就是通过使用装配式施工技术建造的建筑；装配式建筑施工技术主要就是把混凝土构件或者部品、部件利用工业化方式进行生产制造，其中主要就是生产制造混凝土主体结构中的梁、板、柱、楼梯等结构部件，以及生产幕墙、一体化的厨卫设施、室内天花地板等装饰、机电预埋等部品部件；通过专用车辆将部件运输到建筑施工的现场进行装配施工；把预制好的混凝土构件、部品部件吊至预定好的位置，利用预留的插筋、预留孔等进行组合，然后进行节点连接等，最后把构件、部品部件连接成为一个完整连续的整体，达到建筑应该有的结构强度和使用要求。

这样的一种预制装配式结构施工建设的方法能够利用工厂化的生产来提高建筑建造的效率，在更好地保证建筑施工质量的同时，能够有效地实现建筑的工厂化生产建造，且有利于提高综合性能。

20世纪80年代，我国施工了大量的大板结构住宅，其结构体系与预制装配式结构非常相似，大量采用预制的墙板、楼板、楼梯等构件，通过少量的混凝土现浇进行连接，施工效率相当高。但是经过长时间的使用后，其容易产生渗漏、楼板裂缝等问题，结构整体性较差，抗震性能薄弱，逐渐被淘汰并被现浇混凝土结构所取代。但随着近年来引进国外先进技术规模的增加，国内不少企业通过消化吸收，改进装配式混凝土结构施工的新技术正在逐步形成[1-2]。

2 预制装配式建筑结构体系

1）装配整体式混凝土框架结构：框架梁、柱、板等全部或部分采用预制构件构成的装配整体式混凝土结构。结构传力路径明确，装配效率高，现浇湿作业少，是最适合进行预制装配化的结构形式。主要用于需要开敞大空间的厂房、仓库、商场、停车场、办公楼、教学楼、医务楼、商务楼等建筑，近年来也逐渐应用于居民住宅等民用建筑。

2）装配整体式混凝土剪力墙结构：剪力墙全部或部分采用预制墙板建造，整体为混凝土结构。施工现场拼装后，墙板之间的竖向连接节点用于连接现浇部分与上、下墙板之间的主竖向钢筋和锚杆，楼板梁板叠合浇筑成整体结构形式。预制混凝土剪力墙结构侧向刚度大，兼有承重、保温和围护等功能。在我国居住性建筑尤其是保障性住房和经济适用房中应用较为普遍。

3）装配式整体式框架-现浇剪力墙体系：剪力墙采用现浇结构。框架梁、柱预制，节点与节点之间的连接构件符合设计和施工相同的浇筑结构要求。结构体系与现浇结构具有相同的性能。结构的高度、结构的抗震等级、设计方法和现浇结构基本相同。

以上是对装配式建筑的通常划分方式，但不同的地区、不同的机构对装配式建筑也有不同的划分方法。如按照结构（拆分连接）形式可分为：全预制装配式混凝土结构、单面装配式混凝土结构PCF/PCTF、双面叠合墙结构，还有以轻钢构架固模技术为代表的改良式现浇混凝土结构技术等。

3 预制装配式建筑构件施工技术

3.1 图纸的深化

由于装配式构件建筑建造方式的特殊性，也为了保证建筑的安全以及质量，生产中对于构件的性能也有着较高的要求。装配式建筑构件制作前应进行深化设计，深化设计应包括以下内容：预制构件模板、配筋图、预埋吊具和埋设构件的细部结构；带饰面砖或饰面板构件的排砖图或排板图；复合保温墙板的连接件布置图及保温板排板图；构件加工图；预制件在脱模、翻转过程中的强度，构件的承载能力、构件和吊具的变形；预埋吊件的承载力验算等。

1）构件加工制作深化。包括模板固定连接预埋、构件临时加固措施、脱模吊点设置、钢筋及其他预埋件固定措施等。

2）预制构件与现浇节点深化。包括墙板竖向缝深化、墙板水平缝深化、叠合板板端支座深化、预制墙板与现浇边缘节点深化等。

3）施工总承包深化。包括塔吊电梯附墙连接埋件、临时固定支撑连接埋件、安全防护设施连接埋件、模板体系与构件连接埋件深化等。

4）其他。施工过程中和装配式建筑施工相关的其他内容，如施工道路、堆场、构件的固定和脱模起吊等。

3.2 构件的制作

在浇筑工作开始之前，必须要对混凝土构件的模具质量进行检查，保证模具严格地符合设计要求，然后要对构件内的钢筋成品部件进行严格的检查，之后才能够涂刷隔离剂进行混凝土的浇筑工作，以保证混凝土浇筑的均匀性和混凝土振捣过程中对钢筋或者内部预设的部件的保护；浇筑过程中要严格地观察构件有没有任何的形变问题，一旦有问题要及时解决；混凝土浇筑以后要进行蒸汽养护。

上道工序质量检测和检查结果不合格时，不得进行下道工序的生产。构件生产过程中应对原材料、半成品和成品等进行标记，并应对不合格品的标识、记录、评价、隔离和处置进行规范。

3.3 构件的运输

构件的运输是构件从生产到使用最为重要的中间步骤之一；必须要合理地选择运输的车辆，同时在运输的过程中必须要进行构件的固定，运输中必须要有柔性材料对构件进行保护，并严格按照计划好的路线进行运送，构件运输过程中，必须要极力避免急刹车、突然加速变道等情况的出现。

3.4 构件的存放

构件堆放场地应进行专门设计与规划，地坪必须硬化处理，并做好排水措施；堆放构件的支垫应坚实可靠。构件应按类堆放，并应单独封闭管理。

构件的堆放，应按构件刚度及受力情况平放或竖放并保持稳定，预埋吊件应朝上，标识宜朝向外侧容易观测到的位置。堆放架应有足够的承载力和稳定性，并应进行力学计算，确定货架材料承载力及抗倾覆性能。

竖向构件堆放要求：竖向构件如预制混凝土叠合剪力墙板、叠合夹心剪力墙板、夹心保温外墙板、外挂墙板等宜采用插放或靠放的方式，堆放架上应铺垫橡胶垫或垫木，防止碰坏预制构件。

选择靠放形式时，宜对称靠放，与地面的倾斜角度宜大于80°，相邻堆放架宜连成整体。

连接止水条、高低企口、墙体转角等薄弱部位，应采用定型保护垫块或专用式套件作加强保护[3-4]。

3.5 构件的验收

构件生产企业应按照有关标准规定或合同要求，产品质量证书发给所提供的产品，重要的技术参数有明确规定。有特殊要求的产品也应提供安装说明。构件生产企业的质量证明书应包括下列内容：合格证编号，构件编号，产品的数量，部件的型号、质量，生产企业的名称，生产日期，工厂的日期，检查员的签字或盖章（可以用检查员的代码来表达）。

应对进入施工现场的每批预制构件全数进行质量验收，可在监理单位检查后使用。验收内容包括零部件型号、部件与生产单位、生产日期和质量验收，在零部件的不同部位进行识别；预埋件、起重和补强以及孔的尺寸、位置和数量是否符合设计要求；构件外观及尺寸偏差是否有影响结构性能和安装、使用功能的严重缺陷等。施工单位和监理单位同时还须复核预制构件产品质量保证文件，包括吊点的隐蔽验收记录、混凝土强度等相关内容及相关性能检验报告。

3.6 构件的装配施工

3.6.1 定位技术

预制构件采用套筒灌浆技术或浆锚间接连接技术都对钢筋的定位有较高的要求，钢筋偏差较大，上部预制构件套筒安装不进，规范要求现浇结构施工后预留钢筋中心位置偏差0～＋3 mm。

预制竖向构件吊装之前应对预制构件拼缝位置进行杂质清理，调节标高螺栓或硬质垫片以达到设计板底标高，预留钢筋中心位置及其他预埋件进行尺寸偏差复核；放置PE条或橡胶条。

根据墙体、立柱平面布置图及吊装顺序图，对墙体或柱进行吊装就位，构件就位后立即安装定位支撑，每块构件用不少于2组斜支撑进行固定。定位支撑安装在墙体的同一侧面，柱子的两个垂直侧面，支撑点距离板底的距离不宜小于构件高度的2/3，且不应小于构件高度的1/2。安装好定位支撑后，通过微调调整预制构件进出，然后使用长2 m的靠尺或线锤进行预制构件垂直调整，确保其满足规范要求。

梁板类构件定位前，下部必须设置支撑系统：如梁底支撑采用立杆支撑＋可调顶托，也可采用盘扣排架或者快拆模板体系调节。

梁主筋通过套筒连接时，应在主筋上标出套筒的位置，保证钢筋伸入套筒的长度满足规范要求。梁就位应借助柱头上的梁端定位线将梁精确校正。

预制叠合板支撑体系安装：第1道支撑需在楼板边0.2～0.5 m范围内设置。叠合楼板支撑体系安装应垂直，三角支架应卡牢。支撑最大间距不得超过1.8 m，当跨度达4 m时，房间中间的位置适当起拱。

3.6.2 预制构件吊装

对侧向刚度差预的制构件，可通过对构件加临时撑杆的方法进行加固解决，撑杆与构件通过预埋螺母连接。在构件运输、翻转、吊装时将支承点设置在加强撑杆上，保证构件在运输、翻转、吊装中不变形。

翻转是预制构件运输到工地堆放中必须完成的一项工作，在构件翻转时一般用4根吊索，即两长两短加2只手拉葫芦；起吊前将吊索调整到相同长度，带紧吊索。将墙板吊离地面，然后边起高墙板边松手拉葫芦，到墙板拎直，松去墙板下面带葫芦吊索，把墙板吊到钢架上。

根据预制构件安装顺序起吊，起吊前吊装人员应检查所吊构件的型号规格是否正确、外观质量是否合格，确认后方能起吊。构件离地后应先将构件安装面水平用手拉葫芦调平，构件根部系好缆风绳。在构件安装位置标出定位轴线，装好临时支座靠山。在构件吊装过程中由于构件引风面大，在构件下降时，可采用慢就位机构使之缓慢下降。为克服塔机在吊装墙板就位时晃动，可通过在墙板和安装面安装临时导向装置，使吊装墙板一次精确到位。构件就位临时固定后，必须经过吊装指挥人员确认构件连接牢固后方能松钩[5-6]。

3.6.3 构件的连接

构件进行连接的方法一共有以下几种：

1）套筒灌浆连接：主要就是利用钢套筒对构件进行灌浆式的连接，通过高强度无收缩灌浆料的作用来保证构件的有效连接与稳定。通常分为全灌浆和半灌浆套筒连接。

2）浆锚搭接：浆锚搭接连接，包括螺旋箍筋、浆锚搭接连接、金属波纹管浆锚搭接连接及其他预留缝和插入钢筋的间接搭接方法。其对钢筋直径和剪力墙使用部位有限制，通常钢筋直径≤20 mm，且不得用于边缘约束构件。

3）现浇式：对于一些构件连接但连接部分较为狭窄的多采用现浇混凝土的方式进行连接施工，混凝土浇筑前，构件预留钢筋的连接方式通过焊接或者直螺纹连接进行。

4）其他：螺栓连接等其他连接方式的预制剪力墙。通过预留螺栓来连接构件与结构，是一种柔性连接方式，其主要受力仍然是通过现浇边缘约束构件来实现的。

现在工程常用的节点连接都存在施工工艺复杂、技术要求高等诸多缺点，尤其在钢筋较密的梁柱节点施工中更是困难。

为此国内不少科研机构、大型企业也都在开发各种新型连接方式。如基于超高性能水泥基复合材料（UHPC）的连接方式，并在此基础上进一步提出2种新的装配模式。

UHPC具有超高强度、超高韧性、超高抗开裂能力、裂缝自愈合、超高耐久性能和超高施工性能等特点。经过30多年的发展，UHPC到了一个可以实际应用的水平，并在国内外桥梁、高层建筑、海洋工程等结构中开始得到应用。以UHPC连接的装配式框架体系，有锚固长度短、直锚的显著特点，便于施工。

配合相应的工具化施工设备的研发，将进一步提高施工效率，有望解决装配式施工连接形式复杂、施工困难的难题。

4 建筑工业化技术对装配式建筑的经济性影响

随着国家对装配式建筑的推动，全国大部分地区相继开始推行装配式建筑施工，多个“国家住宅产业化示范基地”建成，建筑工业化技术得到了重视，预制装配式混凝土结构建筑应用越来越广泛。但是，与传统施工方法相比，目前大多数预制装配式混凝土建筑相比传统现浇结构造价仍然偏高。大多数地方政府采取出台扶持鼓励和补贴政策加以促进，但只能暂时解决一些问题。今年上海等地对装配式建筑的奖励政策逐步缩水，如在政策红利期不能解决经济性问题，今后，企业参与及推进装配式建筑的积极性或将不断下降。

目前，将一般装配式住宅和现浇结构工期进行对比，对上部结构而言，预制装配式建筑在工期方面较传统施工优势不大，但是外装施工和室内装饰施工的工期却大大减少。总体来说预制率越高，缩短工期越多（表1）。

表1 传统工艺与装配式工艺对比

4.1 与传统结构对比，费用增加部分

1）PC构件增加的费用〔预制外墙板（包括保温）、楼梯、内墙、空调板等〕。

2）金属构件、预埋件增加费（斜撑、连接片等）。

3）PC吊装增加费（含辅料，PE条等）。

4）PC板密封胶嵌缝增加费（密封胶）。

5）塔吊机械费增加费。

6）窗框增宽增加费（传统的窗框5 cm，PC窗框6 cm，增加窗框刚度，防止吊装时破坏）。

7）外墙涂料施工措施费增加费（吊篮增加费）。

8）措施费增加（道路加厚加宽，PC堆场，仓库等）。

9）管理成本增加（吊装风险较大，管理人员增加）。

4.2 与传统结构对比，费用减少部分

1）现浇混凝土用量减少（传统结构墙厚200 mm，装配式结构墙厚180 mm）。

2）外墙面粉刷减少（装配式结构外墙面平整度较高）。

3）外墙保温费用减少（夹心保温体系已包含保温）。

4）外墙模板主材材料费用减少，但模板人工费增加（单面支模）。

5）脚手架费用减少（但采用安全防护围挡、挑网等安全措施）。

4.3 装配式结构不确定费用

1）临时基础费用（项目设计的PC基础是否与传统基础一样）。

2）临时道路的布置路线不确定，构件堆放场地的不确定（如果堆放在地库上，地库要增加支撑）。

3）单件PC质量、建筑高度的不确定导致塔吊型号的不确定（型号不同的塔吊费用有很大差异）。

4）业主与总承包之间采用何种管理模式（如采用EPC管理模式则会使总体成本费用减少）。

5）户型优化可减少钢模费用。

5 目前装配式建筑施工的痛点问题

5.1 没有形成全方位的完全的共同认识

装配式建筑发展是建筑业“十三五”规划的重要组成部分，规划提出，到2020年末，全国装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到15%；但是，业内仍然对装配式建筑存在种种疑虑。从最早的对装配式建筑的抗震性能、外墙渗漏的担忧，到最近对装配式建筑节点连接的可靠性、施工的质量和结构安全，以及推广速度的担忧等时有出现。

客观而言，装配式建筑作为新型的建筑施工技术，不会十全十美。但建筑工业化是我国未来建筑业的发展趋势和方向，是构建绿色环保型社会的重要内容。新型预制装配式结构在缩短建造施工期限、降低材料消耗、实现绿色环保目标、形成流水线工业化等方面具有巨大优势。

装配式建筑施工有利于发挥标准化设计、工厂化制作、机械化施工的优势，降低现场施工难度，是提高施工效率、节能降耗的重要手段；围护构件采用预制不但提升建筑质量还能够取消外架。

但同时要认识到现阶段我国人力成本、从业人员水平、检验检测手段和国外先进、规范标准相比还有差距，而且部品部件的标准化工作尚未到位。如果预制率过高，不但造成费用增加，而且提高了质量安全风险。我国实行预制与现浇相结合为主的技术路线，在设计阶段应合理确定预制范围，不可盲目追求过高预制率，也不可因存在一些问题而不预制。

目前的现实情况是，国内在这方面的宣传和科普工作严重滞后，一方面施工热火朝天，另一方面基础理论研究、教育培训普及不及时，业内意见不够统一，在社会上更加被动[7-8]。

5.2 技术体系缺乏，没有在结构体系上形成共识

目前，国内有许多科研院校、设计院、大型房企、施工企业都在参与装配式建筑的设计、施工等研究。由于装配式建筑在国内发展时间不长，正处于百花齐放的阶段，一方面促进了装配式建筑的发展，但另一方面也造成了目前装配式建筑结构体系、施工工艺、构件种类、连接方式等各方面的复杂局面，没有权威性的标准，各个地区都各行其是，客观上对装配式建筑发展不利。

从市场情况来看，装配式混凝土结构和装配式钢结构两分天下，住宅和公建齐头并进。从装配式建筑长远发展来看，市场因素占主导作用，两者互为补充，但也确实需要政府或者第三方来引导装配式建筑结构体系的相对统一、建筑房型的相对统一、部品部件规格种类的相对统一，建立部品部件一体化高效生产、安装及成品保护技术体系，从而使装配式建筑工业化、标准化、一体化的特点得到发扬。

5.3 装备技术水平低

国内装配式建筑施工采用的设备、机械仍然和现浇结构相差不大，无从体现其优势。从发达国家的装配式建筑发展经验以及国内情况来看，目前应着重进行以下方面的研究：

1）研究大型预制构件无损及智能仓储物流技术与平台系统。

2）研制全地形自适应编组式大运量节能运输车辆。

3）装配式混凝土结构高效吊装的工装系统及配套装置。

4）装配式混凝土结构智能化高精度安装测控及校正技术。

5）装配式混凝土结构智能升降操作平台装备，通过建立技术平台系统，研发技术体系和装备，研制运输车辆，使大型预制构件达到无损性库存及安全、方便、快捷高效运输的目的。

6）改进、创新吊装机具、调节设备、测控方式、安全防护设施等直接影响建造安全、质量、进度等相关工艺设备。

7）提升施工现场的效率及安装精度，实现全产业链的绿色化、信息化、精益化、智能化。

5.4 进行质量检测的技术手段和方法尚待进一步研究

目前，针对装配式建筑的质疑，很重要的一点是对装配式建筑的质量、安全风险和检验检测能力的质疑。由于装配式结构的构件、部品部件大多数不在现场施工，现场的构件连接也与传统现浇施工工艺不同，因此如何保证其质量与安全以达到甚至超过现浇结构的水准，今后应做好以下研究：

1）确立工业化建筑施工安装质量控制及评估方法。

2）研究部品部件数字化检测及连接质量快速检测技术。

3）装配式混凝土建筑高效施工安装质量监控技术。

4）研究基于新型高强、高韧性材料的分离式钢筋连接技术、工艺及验收标准。

5）研究基于抗震性能的混合节点连接技术、工艺及验收标准。

通过理论分析和大量工程实践，提出质量安全控制及评估方法，开发相应检测技术，研发监测与控制技术，提出适用范围广、抗震性能好、安装施工高效的连接技术、成套施工及验收标准。

5.5 技术工人及管理者的素质、数量和技能不能满足快速发展的要求

人员的培养和培训是必不可少的，但是传统的素质、技能培养方式对装配式建筑的要求来说还不够。我们要在此基础上建立适合我国工业化建筑施工全过程的精细化施工技术及安全控制技术的平台，运用信息化技术为装配式建筑发展加速。

1）研发基于BIM 和物联网的工业化建筑精益建造全过程管理平台系统。

2）研究装配式混凝土工业化建筑施工安全评估、预警、控制技术。

6 结语

预制装配式建筑施工技术已经开始在如今的建筑施工中被大范围地使用，可以预见这种施工技术在未来建筑施工工程中的作用是不可估量的，尤其是对于未来建筑施工效率提高、质量提高都有着非常重要的作用，值得我们更多地去学习探索。

通过这样的探讨，希望有更多的人关注到预制装配式建筑施工技术的发展，通过更多从业人员的共同努力来给预制装配式施工技术更多的应用空间以发挥其巨大的作用。

由于国内建筑业的发展规模、政策、标准、技术、管理和产业链将更加完善，只要适当的技术、适用的法律，在提高建筑质量、加快建设进度的同时，成本也会继续下降。根据目前的技术水平，一些具有全产业链条件的工业企业经过了几年的磨练，已经在按照传统的建筑造价水平承接工程，它突出了建筑工业化的技术和经济优势。随着未来几年市场竞争力的进一步扩大，这将很快导致建筑业的巨大变革。